כיצד להכין תא סולארי רגיש לצבוע או תא סולארי מתה פירות

החידוש של תאים סולאריים הרגישים לצבע הרחיב את פוטנציאל המכשיר עד לנקודה בה הוא עלול להדיח לחלוטין תאי שמש סיליקון יקרים.

המאמר הבא מסביר כיצד ניתן לבנות בקלות תא סולארי רגיש לצבע באמצעות חומרים רגילים מאוד.

ניסוי זה מסתמך על הרעיון של שימוש בתרכובת האורגנית בצמחים, במיוחד צבעים אורגניים כדי לשמש תורמים אלקטרונים בתאי השמש.

במקום סיליקון חומר מוליך למחצה בתא השמש, השתמשנו בתחמוצת טיטניום (TiO2), שהוא גם מוליך למחצה. המאפיינים של TiO2 מאפשרים לו לספוג אור שמש טוב עוד יותר אם הוא 'רגיש' עם צבע אורגני.

היעילות של תאים סולריים המרגישים לצבע גבוהה ב -7% משליש מהיעילות של תאים סולאריים קונבנציונליים. למרות שזה לא יתרון רחב, תאים סולארים בעלי רגישות לצבע הם זולים יותר בגלל תהליך הייצור הפשוט יותר בהשוואה לתאי סיליקון שגם הם מסובכים.

תא השמש של העתיד?

למרות שיעברו כמה שנים עד שתאי השמש המרגישים לצבע יצליחו מסחרית, הם יישארו בדרך הנכונה בתנאי שנושאים מסוימים ייפתרו.

ראשית, יש להתמודד עם בעיות יציבות ארוכות טווח של התאים מכיוון שבסופו של דבר חמצן פוגע בו לאורך זמן.

ניתן להוציא צבע מתאים מפטל או מתה פירות. הוסף עוד כמה רכיבים כמו זכוכית נמוכה (נמוכה E) ותחמוצת טיטניום, ויש לך את כל המרכיבים לבניית הערכה. בניסוי זה אנו משתמשים בתה ורדים לצבע האדום.

חומרים נדרשים

• זכוכית יריעות (חתיכות) עם שכבה המוליכה זרם בצד אחד. אלה זמינים בערכות וניתן למצוא אותם באינטרנט. לחלופין, אתה יכול ללכת עם זכוכית נמוכה E וניתן להשיג אותם מזגגים, מכיוון שהחומר משולב בייצור חלונות בידוד תרמי. אנו ממליצים להשיג שני חלקים במימד של 5 x 2 ס'מ.
• TiO2 ופוליאתילן גליקול. האחרון הוא מרכיב סטנדרטי במשחות שונות אך בניסוי זה הוא משמש להשעיית תחמוצת הטיטניום.
• פריטים אלה ניתן לרכוש מכימאי מקומי. עליכם לוודא שגם לפוליאתילן גליקול משקל מולקולרי של 300 בנוסף להיותו נוזלי.
• אם אתה רוכש את הערכה שלך מהאינטרנט, זה בדרך כלל מגיע עם מתלה לבן, מה שמקל על הדברים. אתה יכול לדעת בוודאות שגודל החלקיקים של ה- TiO2 מדויק (כ- 20 ננומטר) ומבודד היטב, וזה מאתגר מאוד להשיג אם אתה עושה זאת בעצמך.
• אתה יכול לכלול משחת שיניים לבנה, טיפ-אקס, צבע לבן או חומרים דומים הכוללים תחמוצת טיטניום כמלבין.
• בניסוי זה השתמשנו בתמיסת יוד ב -65% אתנול כאלקטרוליט. למרות שזה מתפקד היטב, הוא מייצר רק שליש זרם כמו של האלקטרוליט האופייני.
• תה פירות המשמש בבדיקה שלנו הוא ורד, אך גם היביסקוס עובד.
• תנור קמפינג בגז ומצית.
• עמדת מעבדה אחת עם מהדק, טבעת ומסך. תפקיד המסך הוא לתמוך בכוס במהלך האפייה.
• פיפטה, אך אם אין לך, ניתן להשתמש בכפית כתחליף בכך שהיא מאפשרת לתליית תחמוצת הטיטניום לטפטף על הזכוכית.
• פינצטה, קומקום, קומקום, מייבש שיער וסלוטייפ.
• יריעת נייר אלומיניום.
• צלחת פטרי או קערה שטוחה או צלחת מרק רגילה.
• עפרון גרפיט ופיסת זכוכית או כרטיס פלסטיק להפצת תחמוצת הטיטניום.
• סט מולטימטר אחד.

כיצד פועלים תאים סולארים בעלי רגישות לצבעים

המבנה של תא סולרי בעל רגישות צבע מורכב משני יריעות זכוכית שטוחות עם שכבה מוליכה חשמלית בצד אחד. הציפוי המוליך מיוצר בדרך כלל מתחמוצת מתכת.

ציפוי אדי (כ -10 מיקרומטר) של גבישי TiO2 במדידה של כ -20 ננומטר שנאפה יחד ליצירת שכבה נקבובית, מזוהה בין שתי חלקי הזכוכית.

לאחר מכן, הצבע מונח על ציפוי נקבובי זה. בתעשייה, הצבע שנבחר לתאי השמש הרגישים כולל רותניום מתכת אצילי.

עם זאת, ניתן להשתמש בצבעים אדומים זמינים באופן טבעי לבדיקה מכוונת. בגלל הגדלים הזעירים להפליא של גבישי תחמוצת הטיטניום והפערים ביניהם, המבנה הנקבובי מכיל שטח פנים יעיל ענק וציפוי הצבע דק להפליא.

זה חיוני לתפעול נכון שכן הצבע הוא מוליך חשמל עלוב.

ברגע שקרן אור פוגעת במולקולת צבע, היא יורה במעלה אלקטרון לתחמוצת הטיטניום.

האלקטרונים מתאספים בציפוי המוליך (אלקטרודה עובדת) הממוקם בין תחמוצת הטיטניום לבין יריעת הזכוכית.

שכבה מוליכה אחת נוספת נחוצה בצד ההפוך כדי לתפקד כאלקטרודה נגדית, והפער בין האלקטרודות מצויד בתמיסת אלקטרוליטים.

כאן מוחל תמיסת מלח היוד הפשוטה ולא אלקטרוליט האצטוניטריל התעשייתי שהוא מאוד נדיף ורעיל. מולקולות התלת-יודיד בתמיסת האלקטרוליטים 'נאלצות' להגיע עם האלקטרודה הנגדית ליצירת מולקולות של יוד.

זה קורה רק אם מכניסים זרז לאלקטרודה וכאן נכנס הגרפיט מהעיפרון. עבור הרמה התעשייתית, הזרז המשמש הוא פלטינה יקרה ביותר.

ניסוי זה דורש אלקטרונים. עודף האלקטרונים באלקטרודה האחרת מייצר פוטנציאל חשמלי שניתן להקיש עליו.

זרימת זרם יכולה להתרחש אם האלקטרודות מחוברות חיצונית באמצעות עומס.

מולקולות היוד בתוך התמיסה מוותרות על אלקטרונים לצבע ומתמרות למולקולות תלת-יוד במהלך התהליך אשר בתמורה משלים את המעגל החשמלי.

המצע של התא הסולארי הוא זכוכית חלון רגילה שעוביה כ -2 מ'מ עם שכבת תחמוצת מתכת שקופה ומוליכה (כמו תחמוצת אבץ). למרבה הצער, לא ניתן להכין ציפוי זה בעצמך.

נהלים שלב אחר שלב

ההליכים שלב אחר שלב לייצור התא הסולרי הרגיש לצבע מודגמים להלן באמצעות הסברים ותמונה.

גודל החלקיקים של אבקת הטיטניום הוא סביב 15-25 ננומטר, כפי שמוצג להלן.

1. מערבבים את זה עם פוליאתילן גליקול , שהוא חומר מתחלב שמן, ומערבבים את הרקחה בזהירות עד לקבלת קרם צמיג.

2) עבור האלקטרוליט, אתה יכול לבחור ביוד באתנול, אך התוצאות עשויות להיות מתחת לממוצע בהשוואה לאלקטרוליט חיזור זמין מסחרי.

3) תפוס יחידת מולטימטר והגדר את טווח ההתנגדות כדי לגלות איזה צד של פיסת הזכוכית הוא מוליך.

4) לאחר מכן, אבטח את הזכוכית על השולחן באמצעות סלוטייפ תוך הנחת הצד המוליך כלפי מעלה.

5) אם יש לכם פיפטה, הוציאו מעט מהקרם או הדבקו את ה- TiO2 והניחו מספר טיפות על המשטח המוליך של הכוס.

6) ואז, בעזרת כרטיס פלסטיק או פיסת זכוכית אחרת, היכו את הטיפות ביסודיות. נסה להשיג מעיל אחיד על ידי החלקה בעדינות של פיסת הזכוכית מעל הדבק Tio2.

7) לאחר מכן, שלף את קלטת המכירה סביב הכוס ושחרר אותה מהשולחן.

8) אנו ממליצים לאפות את הציפוי בתנור או על להבה פתוחה כמו תנור גז. הטמפרטורה הצפויה היא סביב 450 מעלות צלזיוס. ברגע שהוא מוגדר, סדרו את מסך התמיכה רק בכמה סנטימטרים מעל להבת המבער והציבו את פיסת הזכוכית עם ציפוי TiO2.

9) שכבת תחמוצת הטיטניום תשנה את צבעה לחום בתחילת הליך האפייה בגלל תכולתה האורגנית. אך עליכם לוודא כי צבע ה- TiO2 משתנה ללבן בסוף התהליך.

10) אנו ממליצים בחום לאפשר זמן קירור מתאים לכוס אחרת יש סיכוי שהיא תתנפץ. טיפ הוא להחליק את הזכוכית לאזור קריר יותר (בדרך כלל ליד הקצה) ולא להעביר אותה בחיפזון מהמסך החם.

11) הגיע הזמן להכין את תה הפירות עם מים רותחים. בניסוי שלנו השתמשנו בפחות מים ויותר בשקיות תה. יוצקים את תמיסת תה הפירות המבושל לקערה גדולה. אם אין לך שקיות תה פירות, אתה יכול ללכת עם מיץ סלק אדום, מיץ פטל או אפילו דיו אדום.

12) לאחר שחתיכת הזכוכית הושגה סביב טמפרטורת החדר, תוכלו להחליק אותה בקערה בזהירות ולאפשר לה להשרות במשך מספר דקות.

13) תוך כדי תהליך ההשריה, אתה יכול להתחיל לכסות את הצד המוליך של פיסת זכוכית שנייה עם הרבה גרפיט שניתן להשיג מעפרון עופרת. ציפוי זה ישמש כזרז להובלת אלקטרונים לאלקטרוליט מהאלקטרודה.

14) ואז הוציאו את פיסת הזכוכית המוליכה מאמבט התה. שכבת תחמוצת הטיטניום תספוג את צבע התה (עיין במרכז התמונה). לאחר מכן, שטפו את הכוס במים נקיים או באתנול השתמש במייבש שיער כדי להיפטר מכל טיפת מים .

15) לאחר מכן, סדר את שתי חלקי הזכוכית יחד עם משטחי המוליך זה מול זה והקצוות קוזזים. עליכם לשים לב לכך ששתי המשקפיים לא יחליקו מכיוון שהדבר עלול לגרום למרוח את ה- TiO2.

16) לאחר מכן, ניתן להחזיק את פיסות הזכוכית באמצעות אטבים (מעט שונה או באמצעות סלוטייפ רגיל שנכרך סביבם.

17) כעת הוסף את האלקטרוליט בין שתי חלקי הזכוכית. מומלץ להניח כמה טיפות אלקטרוליט על כל צד של חתיכות הזכוכית והן יימשכו בין הכוסות עקב פעולת נימים.

18) זהו, תא השמש שלך עם רגיש לצבע מבוסס מיץ פירות מוכן לבדיקה. באמצעות המולטימטר תוכלו למדוד את המתח (סביב 0.4 וולט) ואת הזרם (כ -1 מיליאמפר). בגלל תאורת הסטודיו, התוצאות ישתנו מעט. יתר על כן, אתה יכול להשתמש בכמה קטעי תנין כדי להאריך יותר תאים בסדרה.

אנו נתעלם מהשלב של איטום חלקי הזכוכית, כפי שנעשה עם תאים סולריים רגישים לצבע. זה מאפשר לנו להשתמש שוב בפיסות הזכוכית ובמקרה כזה, כל שעליך לעשות הוא להפריד אותן ולשטוף היטב את משטחים במים ולשפשף אותם בעדינות. מכיוון שהסרת ציפוי הגרפיט לחלוטין אינה אפשרית, לכן אנו ממליצים להשתמש שוב בזכוכית האלקטרודה הנגדית לצורך המדויק בניסויים עתידיים.

תמונה באדיבות: youtube.com/watch?v=Jw3qCLOXmi0